(57)【要約】【課題】電子ビーム露光における近接効果を補助露光を用いて補正する場合にスループット低下、露光コスト増大の問題に加え、堆積エネルギーコントラストが劣化するという問題があった。【解決手段】主露光の電子ビームの後方散乱範囲をｂ１、補助露光の電子ビームの後方散乱範囲をｂ２、補助露光の露光間隔をｐとする時、ｂ１＞ｐ＞ｂ２となるよう補助露光用電子ビームの加速電圧を選び、後方散乱の影響を取り込んだ実効面積密度より算出した補助露光量マップを参照して補助露光を実施する。また、大パターンの中央部は主露光から除外し補助露光時に同時に露光する。さらに主露光パターンのない領域には補助露光を行なわない。【選択図】  図１
2005019426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンを有するマスクに電子線を照射することにより、基板表面に形成されたレジスト薄膜にパターンを形成する方法において、
第１の加速電圧を有する第１の電子線を用いて前記マスクを露光する第１の露光工程と、
第２の加速電圧を有する第２の電子線を用いて、所定のピッチｐで２次元的に露光する第２の露光工程とを有し、
前記第２の加速電圧は、前記第１の加速電圧より小さく設定されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
所定のパターンを有するマスクに電子線を露光することにより、基板表面に形成されたレジスト薄膜にパターンを形成する方法において、
第１の加速電圧を有する第１の電子線を用いて前記マスクを露光する主露光工程と、
前記第１の加速電圧より低い加速電圧を有する第２の電子線を用いて、所定のピッチｐで２次元的に露光する補助露光工程とを有し、
前記第１の電子線および前記第２の電子線が前記基板内に進入し発生する後方散乱の内、前記基板表面と平行な方向への広がり範囲をそれぞれ後方散乱範囲ｂ１および後方散乱範囲ｂ２（ｂ１、ｂ２は点入射の電子ビームによる後方散乱の分布がガウス分布の和で表されると仮定した時、後方散乱による堆積エネルギー強度が入射点の１／ｅ（ｅは約２．７１８２８）となる点までの距離）とするとき、
前記第２の電子線の加速電圧を、前記所定のピッチｐがｂ１より小さく、かつｂ２より大きくなるように選定することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
前記所定のピッチｐの３倍より大きな短辺を有する塗りつぶし矩形パターンを含むマスクにおいて、
幅ｐまたはそれより小さな幅を有する帯状の輪郭部を有し該輪郭部に囲まれた中央領域が開口された第１パターンと、前記中央領域の開口部を補完する形状を有する第２パターンとに前記塗りつぶし矩形パターンを分割し、
前記第１パターンおよび前記塗りつぶし矩形パターン以外の前記所定のパターンに対して、前記第１の電子線を露光し前記第２パターンに対しては前記第２の電子線で露光することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第２の電子線が点電子ビームの集合と仮定した時のビームブラーを前記後方散乱範囲ｂ２より大きく、かつ前記所定のピッチｐより小さくなるように制御して露光することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１の電子線のビームブラーおよび前方散乱に起因するそれぞれの寸法誤差を、前記所定のパターン形状を変形することで補正する工程と、
前記所定のパターンを１辺が前記所定のピッチｐとなるような正方形の区分領域に分割する工程と、
前記区分領域の面積をＳ１とし、前記区分領域内にあるパターンの面積総和をＳ２と置くことにより、前記Ｓ１およびＳ２を用いて前記区分領域の面積密度ａ１（ａ１＝Ｓ２／Ｓ１）を計算する第１の処理工程と、
前記第１の電子線を前記区分領域およびその近傍に対して露光した時に発生する後方散乱の影響を取り込んだ実効的面積密度ａ２を計算する第２の処理工程と、
補助露光係数ｄ（ｄ＝１−ｃ−ａ２、ｃは全区分領域に対してまたは指定した区分領域内に対して一定の値で０≦ｃ＜１）を計算する第３の処理工程と、
前記補助露光係数ｄの２次元マップを作成する第４の処理工程とを有し、
前記第２の電子線は前記２次元マップを参照することにより、前記第２の電子線の露光量を決定し、前記区分領域毎に露光を行なうことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビームを用いたパターン形成方法に係り、特に電子ビーム露光方法においていわゆる近接効果による寸法精度が劣化する現象を第１の電子ビームによる露光と第２の電子ビームによる露光の堆積エネルギーの和によって低減するパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームによるパターン形成法では基板に照射された電子ビームが基板内で散乱し再びパターンを形成すべきレジストに広い範囲で戻ってくるため電子ビームの堆積エネルギーが近傍にあるパターンの寸法や配置によって不均一な分布となる現象がある。この結果、仕上がりレジスト寸法は設計寸法からずれるもので、これは近接効果現象と呼ばれている。近接効果の及ぶ範囲は電子ビームの加速電圧によって異なるが例えば１００ｋＶの加速電圧で照射した電子はシリコン基板内で照射点から半径３０μｍ以上の範囲にも及ぶ影響を与え、パターン寸法を変化させる。従って高精度な露光を行なうためには近接効果を適切に補正する必要がある。
【０００３】
電子ビーム描画法は小パターンを逐次露光していくためスループットが低いという問題があったが、最近大面積転写用マスクを用いスループットを大きく改善した方式の実用化が進められている。（例えば、非特許文献１）この方式は一般的に電子ビーム転写リソグラフィ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：以下ＥＰＬと略す）と呼ばれている。このＥＰＬでは一括で露光する範囲をサブフィールドと呼ぶが、サブフィールドは約２５０μｍ角である。近接効果の及ぶ範囲は前述の例では半径３０μｍ程度であるのでパターンの配置によってサブフィールド内での近接効果は不均一に現れる。このため従来転写用マスクを用いない電子ビーム直接描画法で一般的であった露光パターン毎の露光量を変化させて最適なパターン寸法を得ようとする方式を使用することができない。
【０００４】
ＥＰＬ方式での近接効果補正方式としてパターン変形法と補助露光法が提案されているがそれぞれに一長一短がある。パターン変形法は予め近接効果によって露光後にパターンが変形するのを予想してマスクパターンを変形させておくものである。一方の補助露光方は露光パターンの粗密によって生じる後方散乱の不均一な影響を補助露光によって均一化し所望の寸法を得る方法である。
【０００５】
パターン変形法では一旦適正なマスクが出来上がった後は露光時は近接効果を考慮することなく露光を実行できるため露光のスループットを低下しないという利点がある。しかし近接効果によるパターン変形を予測したマスクパターンの変形量の計算は複雑であり長時間の計算機処理を要するという欠点を持つ。この理由はパターン変形に伴い露光面積が変化するため後方散乱の影響もまた変化することになり、パターン面積の変化がなくなるまで繰り返し収束計算をする必要があるためである。また仕上がったマスクパターンは同一の設計寸法であっても近傍のパターンとの位置関係によって同一の寸法とはならないため、マスク検査においては多くの検査点を必要とする。これらことはマスクコストの高騰を招き、結果としてリソグラフィコストの上昇をもたらすものである。
【０００６】
他方、補助露光法においては、非特許文献２に示されるように設計パターンを白黒反転したパターンを概ね後方散乱範囲に等しいビーム径を持つ電子ビームで描画することで後方散乱の均一化が図れる。この方式は複雑な計算を必要としないという利点があるが２度露光によるスループット低下とパターンのないところに露光するために露光の堆積エネルギーコントラスト（以下露光コントラストと呼ぶ）が低下することが欠点である。またこれまでの補助露光法では後方散乱の影響のみ考慮され、ビームブラーやレジスト中での前方散乱による寸法誤差は無視されることが多かった。
【０００７】
補助露光法の２回目の露光を高速化する手法として、特許文献１に開示されている方式がある。この方式は補助露光のための白黒反転したパターンをそのまま露光するのではなく複数のパターンを代表図形と呼ぶ１個のパターンで置換えて露光する方式である。補助露光は大きなビーム径を持った電子ビームで露光することになるため実質的に補助露光の効果に差がなく露光ショット数を低減できるため補助露光時間が低減できるというものである。さらに露光コントラストの低減を改善する手法として、特許文献２が提案されている。この方式は白黒反転したパターンの区分域内のパターン全体を合計した面積から一律に一定面積を減算した面積を用いる手法である。また同様の方法として、非特許文献３に提案されている方法がある。この手法は小領域（区分領域と同じ）内のパターン面積率η（面積密度と同じ）を計算しその最大値ηｍａｘを求めた後ηｍａｘ−ηに比例した露光量を小領域とほぼ等しいビーム径を持った電子ビームで補助露光するというものである。これらの手法では補助露光のショット数を低減できるため補助露光の時間短縮には一定の効果があるものの露光コントラストの向上は十分でなかった。なぜならば小領域は２〜５μｍ程度であるためＬＳＩの中には比較的大きなパターンも存在し容易にηｍａｘ＝１となる。従ってコントラスト低減を抑えるため補助露光量を一律に減らすことができなくなってしまうためである。
【０００８】
この問題を解決するために本発明者らによって示される方法が特許文献３に開示されている。ここでは区分領域内の面積密度より周辺区分領域のパターンの後方散乱の影響を考慮した実効面積密度マップを用いて補助露光量を決定するというものである。５μｍ程度の区分領域内のパターン面積密度が１．０であっても周辺にパターンが存在しない場合には例えば加速電圧１００ｋＶの露光においては後方散乱範囲は約３０μｍであるので実効面積密度は０．１以下になることがある。このため補助露光量を大幅に低減でき露光コントラストの向上に大きな効果がある。しかしながらこの場合においても、後方散乱範囲３０μｍの約３倍以上の非常に大きなパターンがＬＳＩパターン内に存在すると実効面積密度が１に近くなるためコントラスト向上の効果はなかった。また補助露光量が最も大きくなる領域は、主露光パターンのない領域であるが補助露光の電子ビームのビームブラーが大きい場合には少なくともビームブラーの３倍程度（約９０μｍ）離れた領域からの影響を受けるためパターンのない領域への補助露光も必要であった。このため主露光パターンが疎な場合には主露光パターンのない領域への補助露光が多くなるという無駄があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−２１２４０７号公報
【特許文献２】
特開平６−２０８９４４号公報
【特許文献３】
特開２００２−３７３８４１号公報
【非特許文献１】
「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、１９９５、Ｖｏｌ．３４  Ｐａｒｔ  １、  Ｎｏ．  １２Ｂ（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ）、ｐ．６６５８−６６６２
【非特許文献２】
「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、１９８３年、Ｖｏｌ．５４Ｎｏ．  ６  （Ｊｕｎｅ）、ｐ．３５７３−３５８１
【非特許文献３】
「ＳＵＰＥＲ−ＧＨＯＳＴ露光法の検討」、１９９１年秋季応用物理学会講演会予稿集（第２分冊）、１９９１年、講演番号１２ａ−ＺＥ−９、ｐ．５９４
【非特許文献４】
「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、２００２年、Ｖｏｌ．Ｂ２０  Ｎｏ．６（Ｎｏｖｅｍｂｅｒ／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ）、ｐ．３０１５−３０２０
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は電子ビーム露光における近接効果の補正方法を提案しているが、補助露光を用いた場合に問題となるビームブラーやレジスト中での前方散乱による寸法誤差やスループット低下と露光コントラストの劣化の問題を解決する十分な手法を提示していなかった。
【００１１】
本発明の目的は電子ビーム露光における近接効果を露光コストの上昇と露光コントラストの劣化を最小限に抑えて高精度なパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供することにある。特に大面積領域を一括でマスク転写する露光方式で適用が可能な補助露光により後方散乱の不均一な分布を均等化する方式において、高精度な近接効果補正を低露光コストで実現するパターン形成方式を提供するものである。また従来の方法では大面積パターン間に挟まれた微細なスペースパターンは後方散乱によるエネルギーレベルがレジストの閾値エネルギーレベルを超えてしまうため解像することができなかった問題を解決する方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のパターン形成方法では主たるパターンを第１の電子ビームで露光する工程と、第１の電子ビームのパターン粗密に起因する後方散乱による不均一なエネルギーレベルを第２の電子ビームを用い補助露光することで均一化する露光方法において、第１の電子ビームより低い加速電圧を持つ第２の電子ビームにより２次元的に一定ピッチｐで補助露光を行なうものである。この時、第１の電子ビームの露光基板内での後方散乱範囲をｂ１とし、第２の電子ビームの露光基板内での後方散乱範囲をｂ２とする時、ピッチｐをｂ１より小さく選び、ｂ２がピッチｐより小さくなるように第２の電子ビームの加速電圧を選ぶこととする。ここで、ｂ１、ｂ２は点入射の電子ビームによる後方散乱の堆積エネルギー分布がガウス分布の和で表されると仮定した時、後方散乱による堆積エネルギー強度が入射点の１／ｅ（ｅは約２．７１８２８）となる点までの距離である。補助露光を第１の電子ビームの後方散乱範囲ｂ１より小さい２次元的な一定のピッチｐで行なうことにより後方散乱による堆積エネルギーの分布を滑らかに均一化することが可能となり第１の電子ビーム露光のパターンの複雑さにかかわらず高速に補助露光が完了する。また第２の電子ビームの後方散乱範囲ｂ２がピッチｐより小さくなる加速電圧を選ぶことで第２の電子ビームの後方散乱の影響は最近接の補助露光ショットで留まるため補助露光量の決定が容易になるという利点を有する。また低い加速電圧の電子ビームではレジストの感度が向上し補助露光時間を短縮できるという利点も併せ持つ。
【００１３】
ＥＰＬ（電子ビーム転写リソグラフィ）方式においては、１００ｋＶの加速電圧を用いることが予定されているが、１００ｋＶ電子ビームの後方散乱範囲ｂ１は約３０μｍである。ＥＰＬは広い面積の一括転写となるためクーロン効果によるビームブラーを低減するためには凡そ７０ｋＶ以上の加速電圧が必要となる。２ｋＶから１００ｋＶまでの電子ビームの後方散乱範囲ｂ（μｍ）をシミュレーションによって計算した結果を図２に示す。補助露光を一定間隔ピッチｐで行なうためにはｐは第１の電子ビームの後方散乱によるエネルギーレベル変化の少ないｂ／３以下とすることが望ましい。従ってＥＰＬの主露光が７０ｋＶ（ｂ１≒１５μｍ）以上とした時に補助露光のための第２の電子ビームの加速電圧は３０ｋＶ（ｂ２≒５μｍ）以下であることが必要となる。また３ｋＶ以下の加速電圧ではレジスト厚さが０．３μｍ程度でも深さ方向でのエネルギー強度分布が不均一となり良好な補助露光が行なえなくなる。このためＥＰＬ方式においては補助露光の加速電圧は３ｋＶから３０ｋＶが望ましい。
【００１４】
補助露光を行なうための露光量は次のようにして決定できる。まず、図３に示すように主露光のパターンデータを一定ピッチｐの区分領域に分割し各区分領域内のパターン面積の総和Ｓ２を計算する。区分領域全体の面積をＳ１とする時、（式１）で示すａ１を面積密度と呼ぶ。
【００１５】
【数１】
2005019426.tif 000003
主露光の電子ビームによる後方散乱の影響は面積密度ａ１に依存するが近隣の区分領域内のパターンによっても影響される。そこで影響範囲の区分領域内のパターンの影響を取り込んだ実効面積密度ａ２を（式２）により定義する。
【００１６】
【数２】
2005019426.tif 000004
ここで、Ａ（ｋ，ｌ）は区分領域（ｋ，ｌ）内にパターンが全面にあった時に区分領域（ｉ，ｊ）に与える後方散乱の影響の比率であり、ガウス分布関数を積分した形で求められる。
【００１７】
後方散乱のレベルを均一化するための補助露光量の求め方を簡単のために１次元配列した区分領域の図４を用いて説明する。図４（ａ）は区分領域内の面積密度ａ１を示したものである。同図（ｂ）は（式２）に従って近隣パターンの後方散乱の影響を考慮した実効面積密度ａ２を示したものである。面積密度ａ１を用いて補助露光をする場合には同図（ｃ）のｄ１＝ａ１ｍａｘ−ａ１で計算される補助露光係数に比例した露光量で第１の電子ビームの後方散乱範囲にほぼ等しいビームブラーを持たせて補助露光する必要がある。区分領域ｉのように一領域でも高い面積密度の領域がある場合にはｄ１は大きな値となり露光コントラストを低下させることになる。特許文献３では、実効面積密度を用いた補助露光量ｄ２の決定によって補助露光量を低下させ露光コントラストの向上に成功しているが補助露光を行なう電子ビームの加速電圧を考慮していなかったため、電子ビームのビームブラーを大きく取る必要があり、また補助露光の電子ビームによる後方散乱を考慮した区分領域毎の補助露光量を決定するという複雑さがあった。本発明の方法によれば低加速電圧の電子ビームを補助露光として用いるため図４（ｃ）の露光量分布ｄ２の露光量を与えることで所望のエネルギー分布を与えることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の方法では主露光のパターンに短辺が区分領域の３倍以上の大パターンがある場合には大パターンの中央部を主露光パターンから除外し、大パターンの輪郭領域のみ主露光パターンとして露光し、中央部は後方散乱の均一化のための補助露光と同時に露光することとした。このことにより主露光パターンに実効面積密度の高い区分領域がなくなり、補助露光量を大きく低下できるため露光コントラストの劣化を最小限に抑制できることとなった。主露光より除外された大パターン中央部は低加速の電子ビームによって露光され補助露光の影響は輪郭領域内に留まる（図７参照）。すなわち大パターン中央部の露光は主露光パターンに影響を与えることがない。この結果従来の露光方法では解像が不可能であった大面積パターンに挟まれた微細スペースパターンの解像が可能となる。
【００１９】
さらにまた、従来の方法では補助露光での最大の露光量は設計パターン上でパターンのないところ（すなわち面積密度が０の領域）で発生する。ＬＳＩパターンのチップ周辺ではこのような領域が存在するため補助露光の露光時間を増大させていた。しかし従来法では補助露光のビームブラーと後方散乱範囲が大きいため設計パターン上でパターンのない領域への補助露光も主露光パターンの補正に効果を持つためこれらの領域への補助露光をなくすことはできなかった。本発明の方法では低加速の電子ビームでビームブラーを小さくしているため、主露光パターンのない領域への補助露光は基本的には必要がない。ただし、主露光パターンの境界で補助露光のビームブラーと後方散乱の影響が及ぶ最低限の領域への補助露光は必要となる。これは一定ピッチｐで定めた区分領域毎への補助露光を実施する場合、主露光パターンの境界からパターンのない領域に向かって距離ｐだけ離れた点までの領域を含む区分領域への補助露光を実施すればよい。主露光パターンのない領域でそれ以外の区分領域への補助露光は必要がない。このため補助露光時間の短縮が図られ補助露光のスループットを大きく向上することに役立つものである。
【００２０】
電子線の露光方式にはベクタースキャン露光方式とラスタースキャン方式がある。ベクタースキャン方式は露光が必要な領域のみに電子線を偏向して露光を実行する方式である。一方ラスタースキャン方式は露光の要・不要の領域の区別なく電子線を一定のピッチで偏向し露光不要の領域では単に露光量を「０」にするだけである。本発明ではいずれの露光方式においても補助露光を実行することができるが、元々補助露光を一定ピッチで行うことからラスタースキャン方式の方が適合性が高いと言える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
以下、本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。図１は主露光として１００ｋＶの電子ビームを用いるＥＰＬ露光に本発明を適用した例を示すものである。チップサイズ２０ｍｍ角で６５ｎｍルールＬＳＩのゲートパターンデータ１０１より８０ｎｍ以下の寸法を持つパターンについてはビームブラーと前方散乱による寸法誤差を補正するためにパターンの縦横比（アスペクト比）に応じて寸法補正処理１０２を行なった。次にドーナツ状パターンのように後のステンシルマスク作成で欠落するパターン等を防ぐため２枚の相補マスク用にデータを分割した（１０３）。これを主露光パターン１０４としてレチクル１０５を作成した。図１においてはその後の工程は簡単のために相補マスクの１枚について記載している。
【００２２】
主露光の電子ビームの加速電圧１００ｋＶの場合のシリコン基板内での後方散乱範囲ｂ１は約３０μｍであった。ここでｂ１は１００ｋＶの電子ビームが１点に入射した時に後方散乱による半径方向に分布するエネルギー強度をガウス分布で近似した時に、最大強度位置から１／ｅ（ｅは約２．７１８２８）になる距離である。ＬＳＩデータ１０１を１辺が（ｂ１より小さい）５μｍの正方形を持つ区分領域に分割した（１０６）。区分領域内パターンの面積の総和と区分領域の面積２５μｍ２との比を面積密度と定義し２０ｍｍ角全域についてマップの形態で保存したものを面積密度マップ１０７とした。区分領域内の面積密度を１バイト（＝８ビット）で表現したため２０ｍｍ角全体の面積密度マップは１６Ｍバイトのファイル容量を必要とした。
【００２３】
次に近隣の区分領域内のパターンの後方散乱の影響をとり込むため（式２）で示した計算を各区分領域の面積密度に対して行なった。この時用いたＡ（ｋ，ｌ）の値を図５に示す。誤差関数を含んだ係数であるが、区分領域の大きさｐと後方散乱範囲ｂ１が定まればＡ（ｋ，ｌ）は固定のテーブルであるため後方散乱の影響とり込みは単なる積和の計算となる。この処理は初期の面積密度マップの分布を滑らかなものとするため面積密度マップの平滑化１０８と呼ぶ。また計算後の区分領域内の値ａ２は近隣のパターンの影響が考慮されたものであるため実効面積密度と呼ぶことにする。
【００２４】
次に実効面積密度の最大値ａ２ｍａｘを求め、区分領域内の補助露光量を（式３）のように決定する。
【００２５】
【数３】
2005019426.tif 000005
ηは主露光の露光基板での反射係数、ｒは補助露光の電子ビームでのレジスト感度と主露光の電子ビームでのレジスト感度との比である。本実施例の場合、主露光の加速電圧を１００ｋＶ、補助露光の加速電圧を１０ｋＶと選んだ結果、η＝０．７、ｒ＝１／９となりｃ１＝０．０７８であった。（式３）で計算した補助露光量を２次元マップ１１０として補助露光装置１１１内に保存した。
【００２６】
実際の露光に当たってはレジストを塗布したシリコンウエハ１１２をまず補助露光装置１１１に搬送し、露光に先立ち露光基板に刻まれた位置合わせマークを光学的に読み取り露光位置の補正が行なわれた。この時位置決めの誤差は０．５μｍ以下となるよう制御した。電子ビームは加速電圧が１０ｋＶであり、５μｍ×５μｍの面積ビームをデフォーカスし、補助露光量マップ１１０を参照しながら５μｍの一定ピッチで露光を実施した。デフォーカス量は面積ビームがガウス分布を持った点状ビームの集合であるとした時に強度が１／ｅとなる大きさで１．０μｍのビームブラーを持つものとした。補助露光が完了した後ウエハを主露光装置１１３に搬送し、主露光に先立ち位置合わせマークを光学的に読み取り露光位置の補正が行なわれた。この時の位置検出の再現性は１５ｎｍであり主露光での露光位置補正により位置決めの誤差を３０ｎｍ以下となるよう制御した。ステンシル型のレチクル１１４を介して１００ｋＶの加速電圧の電子ビームで主露光を実施した。露光が完了したウエハ１１５は通常のウエハ処理と同じように露光後ベーク工程、現像工程を経て所望のパターンを得た。この時補助露光と主露光の順序は逆でもよく、また両露光間に露光後ベークを入れることもできる。
【００２７】
＜実施例２＞
次に本発明の第２の実施例を図６を用いて説明する。図６は入力パターンデータに後方散乱範囲ｂ１の２倍以上の大パターンがある場合に主露光を１００ｋＶ電子ビームによるＥＰＬ露光を用い、補助露光として１６ｋＶ電子ビームを用いた近接効果を補正する方法を示したものである。大パターンがある場合には実効面積密度の最大値が１．０に近くなるため補助露光量が増大し露光コントラストが劣化するという問題が発生する。
【００２８】
本実施例ではまず入力パターンデータ６０１を５μｍ角の区分領域に分割した（６０２）。次に５μｍ角の区分領域全面のパターンが３×３個以上連続してある領域を大パターンとした。大パターンの輪郭に沿って全面パターンのある区分領域を少なくとも１個残しその内部を大パターン中央部６０３として抽出した。入力パターン６０１より大パターン中央部６０３を除いたパターンを主露光パターン６０４とした。主露光パターンにはドーナツ状パターン等相補マスクに分割する必要のあるパターンが存在するがその分割法は例えば、非特許文献４にて公知の技術であるのでここでは省略する。区分領域内のパターン面積密度１ａ１ｉ，ｊを計算し面積密度マップとして保存した（６０５）。面積密度マップを参照してクーロン効果によるビームブラー分布６０７を予測し、ビームブラー及びレジスト中の前方散乱起因の寸法誤差をパターン形状を変形することで補正を行なった（６０６）。パターン変形による区分領域内の面積密度が規定値以上変化する場合には面積密度マップを再作成しパターン変形の再処理を行なう。次に相補マスクに分割した場合には相補データ６０８も含めて実施例１と同様の方法にて実効面積密度マップ１ａ１ｉ，ｊを作成した（６０９）。次に実効面積密度の最大値１ａ２ｍａｘを検出し、次式により区分領域への第１の補助露光量１Ｄｉ，ｊを計算し２次元の補助露光量マップ１として保存した（６１０）。
【００２９】
【数４】
2005019426.tif 000006
本実施例では後述の説明を分かりやすくするため（式３）で示したｒ＝１としているが実際の補助露光に当たっては第２の電子ビームの加速電圧でのレジスト感度を考慮する必要がある。
【００３０】
一方、大パターン中央部からなるパターン６０３についても同一の区分領域について面積密度２ａ１ｉ，ｊを計算し２次元マップ６１１を作成した。２次元マップ６１１は大パターン中央部の面積密度が１．０、その他の領域が０という単純なものとなる。次に大面積中央部への補助露光量を
【００３１】
【数５】
2005019426.tif 000007
で計算し補助露光量マップ２として保存した（６１２）。ここでｃ２は大パターン中央部の露光量を独立に設定するための係数であり通常は１．０以上が選ばれる。最終的な補助露光マップは
【００３２】
【数６】
2005019426.tif 000008
として計算した（６１３）。
【００３３】
パターン変形の完了した主露光パターン６０６よりＥＰＬ用のレチクル６１４を作成し、ＥＰＬ露光６１５を実行した。また補助露光量マップ６１３を参照して１６ｋＶの電子ビームによる補助露光６１６を行なった。
【００３４】
本実施例では主露光の加速電圧を１００ｋＶ、補助露光の加速電圧を１６ｋＶに選んだためそれぞれの後方散乱範囲はｂ１が約３０μｍであり、ｂ２が約１．５μｍであった。図７に代表的なパターンの実効面積密度分布と補助露光量分布を示す。
【００３５】
図７（ａ）は８０μｍ角の大パターン７０２、ライン／スペースパターン７０３、孤立ラインパターン７０４を含むパターン７０１をそのまま主露光パターンとして露光した場合である。この時は実効面積密度の最大値１ａ２ｍａｘ＝０．８５であったので補助露光の最大値はη・１ａ２ｍａｘ＝０．７×０．８５＝０．５９５であった。このため、約０．４の実効面積密度を持つライン／スペースパターン７０３の領域へも０．７×（０．８５−０．４）＝０．３１５の補助露光が実施されることになり露光コントラストの劣化が問題であった。
【００３６】
一方、図７（ｂ）のように大パターンの輪郭５μｍを主露光パターン７０６とした本実施例では実効面積密度の最大値はライン／スペースパターン７０７の領域で定まり１ａ２ｍａｘ＝０．４であった。この結果ライン／スペースパターン７０７中央部への補助露光が０となりまた孤立ラインパターン７０８への補助露光量も低減するため露光コントラストの劣化を生じることがなかった。
【００３７】
＜実施例３＞
図８は本発明の方法をシステムＬＳＩのゲート層に適用した第３の実施例を示す図である。ＬＳＩチップ８０１の領域毎に回路の機能が異なっており論理回路の領域Ａではパターンの面積密度が０．１５と比較的小さく、メモリの領域Ｂでは約０．４の面積密度を持っている。その中間領域Ｃは別層での配線領域となっているため面積密度は０に近い。このＬＳＩチップを５μｍ角の区分領域に分割し面積密度マップを作成した。面積密度マップのうちＢＢ−ＡＡの線に沿っての面積密度をグラフで表したものが図８（ｂ）の８０２の線である。後方散乱の影響を取り込んで実効面積密度を計算した結果を同図（ｂ）の８０３の線で示す。実効面積密度より補助露光量を求めると同図（ｃ）のようになる。図より明らかなようにパターンのない領域Ｃへの補助露光量が最大であるため、領域Ｃが大きい場合には補助露光時間は領域Ｃで定まることになる。補助露光の加速電圧を主露光と同じ例えば１００ｋＶに選んだ場合にはそのデフォーカスした電子ビームと後方散乱の影響のため半径約９０μｍ（＝３・ｂ１）の領域に影響を及ぼすためパターンのない領域への補助露光を省略することはできない。
【００３８】
本実施例では主露光を１００ｋＶの電子ビームで行い、補助露光は１０ｋＶの電子ビームで行った。１０ｋＶでの後方散乱範囲ｂ２は約０．８μｍであるため補助露光の影響を３・ｂ２と見積もっても２．４μｍの範囲である。従って領域Ｃへの補助露光は主露光パターンの境界より外側の１区分領域（５μｍ）まで行えば十分である。これを図９を用いて説明する。図９は主露光パターンのパターン境界の一部を示したもので太線９０２がパターン境界線である。パターン全体は１辺がｐの区分領域９０１で分割されている。主露光パターンの境界９０２を主露光パターンのない方向にｐだけずらせた線を９０３とする時、主露光パターンと９０３の線が存在する区分領域の内側（主露光パターン側）への補助露光を実施するものとする。図９ではハッチングを施した区分領域への補助露光を実施しそれ以外の区分領域への補助露光を行なわない。このような手法を図８のパターン８０１で適用した結果の補助露光量が図８（ｄ）である。補助露光量が最大となる領域Ｃへの補助露光がなくなったため補助露光時間の大幅な短縮が可能となった。
【００３９】
大面積パターンの中央部を第２の電子ビームで露光する場合には大パターン中央部は別設定に露光量で行なうものとなる。
【００４０】
＜実施例４＞
図１０はさらに異なる第４の実施例を示すものである。実効面積密度の場所的な変化が大きい場合に大面積の電子ビームで補助露光を行なうと補助露光の電子ビームのショット境界で最適な補助露光量との誤差が発生することがあるが、本実施例はその解決策を示すものである。
【００４１】
本実施例では第１の実施例と同じく主露光の電子ビームの加速電圧を１００ｋＶ、補助露光の電子ビームの加速電圧を１０ｋＶに選んだ。補助露光の露光間隔は５μｍである。実効面積密度の位置的な変化が大きいのは大面積の塗りつぶしパターンが孤立で存在する場合である。この時には実効面積密度が０から最大１近くまで変化する。用いた露光パターンには８０μｍ角のパッド状のパターンがあり大パターンの中央部を主露光パターンとして残したまま実効面積密度の計算を行った結果は最大実効面積密度が０．８５であった。５μｍ間隔の実効面積密度の変化率の最大の点はパッド状パターンの境界であり変化率は０．０８８／５μｍであった。このように実効面積密度の変化が大きい領域で矩形ビームによる補助露光を実施すると補助露光ショット境界近傍で最適補助露光量との誤差を生じることがある。図１０（ａ）は最適な補助露光量とビームブラー０．５２μｍの矩形ビームによる補助露光を行った時の堆積エネルギー分布を計算したものである。理想的な補助露光量に比べて最大で２．８％の誤差が発生している。この問題の解決には矩形ビームをデフォーカスして補助露光を実施することが有効である。図１０（ｂ）は矩形ビームのビームブラーが１．５μｍとなるようにデフォーカスして補助露光を行った場合のものである。この場合には最大の誤差が１．０％に低減している。また、同図（ｃ）は補助露光電子ビームのビームブラーを１．５μｍとして大パターンの中央部を低加速電圧の電子ビームで露光する方式を採用した時のものである。この時、実効面積密度の最大値はライン／スペースパターン部の０．４４で、その変化率は０．０４４／５μｍである。この結果、最大の補助露光誤差は０．５％となった。このように矩形ビームをデフォーカスすることにより実効面積密度の変化が大きな領域においても正しい露光量で補助露光を実施することができる。ただし、ビームブラーの大きさを補助露光のピッチｐ（この場合５μｍ）以上にすると補助露光の影響が広範囲に及ぶため第４の実施例で示したような補助露光ショットの削減の効果が少なくなるため注意を要する。
【００４２】
＜実施例５＞
次に、具体的な半導体集積回路装置の製造例を図１１を用いて説明する。ここでは、例えばゲートアレイ、スタンダードセル等のようなセミカスタム方式で製造される半導体集積回路装置、半導体基板上にカスタムＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路、カスタム論理回路またはＩ／Ｆ（インターフェイス）制御回路を有する半導体集積回路装置の製造方法に本発明を適用する場合を説明する。図１１（ａ）は、半導体集積回路装置における論理素子の一部を示す平面図である。ここでは２個のｎＭＩＳＱｎと、２個のｐＭＩＳＱｐとから構成されている。ｎＭＩＳＱｎは、半導体基板に形成されたｐ型ウエル領域ＰＷの表面のｎ型半導体領域１１ｎ上に、ｐＭＩＳＱｐは、ｎ型ウエル領域ＮＷの表面のｐ型半導体領域１１ｐ上に、それぞれ形成されている。ゲート電極１２Ａは、ｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐに共有となっている。ゲート電極１２Ａは、例えば低抵抗多結晶シリコンの単体膜、低抵抗多結晶シリコン膜の上部にシリサイド層を設けたポリサイド構造、低抵抗多結晶シリコン膜上に窒化タングステン等のようなバリア膜を介してタングステン等のような金属膜を堆積してなるポリメタル構造あるいは絶縁膜に掘られた溝内に窒化チタン等のようなバリア膜を堆積し、さらにその上に銅等のような金属膜を埋め込むことで形成されたダマシンゲート電極構造で構成されている。ゲート電極１２Ａの下方の半導体基板部分はチャネル領域となる。
配線１３Ａは、例えば高電位（例えば３．３Ｖまたは１．８Ｖ程度）側の電源配線であり、コンタクトホールＣＮＴを通じて２個のｐＭＩＳＱｐのｐ型半導体領域１１ｐと電気的に接続されている。また、配線１３Ｂは、例えば低電位（例えば０Ｖ程度）側の電源配線であり、コンタクトホールＣＮＴを通じて１個のｎＭＩＳＱｎのｎ型半導体領域１１ｎと電気的に接続されている。配線１３Ｃは、２入力ＮＡＮＤゲート回路の入力配線であり、コンタクトホールＣＮＴを通じてゲート電極１２Ａの幅広部分で接触し電気的に接続されている。配線１３Ｄは、コンタクトホールＣＮＴを通じてｎ型半導体領域１１ｎおよびｐ型半導体領域１１ｐの両方に電気的に接続されている。配線１４Ａは、コンタクトホールＣＮＴを通じて配線１３Ｄと電気的に接続されている。
ここでは、図１１（ａ）に示す回路作製までの工程のうちゲート層、コンタクトホール層の形成に本発明を適用した例を説明する。まず、ゲート層に使用するマスクデータを図１１（ｂ）、（ｃ）に示す。ゲート層は相補データに分割して露光するために２枚のマスク１１０１および１１０２を使用している。一方コンタクト層は相補マスクを使用しないため１枚のマスク図１１（ｄ）のデータ１１０３を使用した。
【００４３】
ゲート層加工工程以前のリソグラフィ工程は従来のアルゴンフッ素（ＡｒＦ）レーザー他を用いた光リソグラフィ手段を使用してパターン形成した。
ゲート層の相補マスクデータをそれぞれ１０μｍ角の区分領域に分割し区分領域ごとの面積密度を計算した。次に２枚の相補マスクの面積密度を対応する区分領域毎に面積密度を加算した。次に近接区分領域後方散乱の影響を取り込んだ結果を図示したものが図１２（ａ）、（ｂ）である。同（ａ）は図１１で示した論理回路部のものであり同図（ｂ）は同一チップ内のＤＲＡＭ部のものである。１メッシュが１０μｍに対応する。これらの最大の面積密度は０．３９であったのでこれより補助露光量を求めた結果が図１２（ｃ）、（ｄ）である。
【００４４】
ゲート工程の露光に当たってはネガ型の化学増幅レジストを厚さ０．３５μｍに塗布し、まずＥＰＬ露光により相補マスク１で露光を行なった後相補マスク２による露光を行なった。このときの電子線の加速電圧は１００ｋＶであり、電子線露光量は１０μＣ／ｃｍ２であった。露光終了後直ちに加速電圧１０ｋＶの補助露光装置に搬送し図１２（ｃ）、（ｄ）で示した露光量分布により補助露光を行なった。この時の電子線露光量は最大が０．３μＣ／ｃｍ２とした。補助露光完了後直ちに１００℃、２分間の露光後ベーク処理を行なった後現像を行なった。エッチング工程は光リソグラフィと同じドライエッチング工程によって行なった。
コンタクト層工程においてはシリコン酸化膜上にポジ型化学増幅電子線レジストを厚さ０．５μｍに塗布した後、まずＥＰＬ露光により図１１（ｄ）を含むマスクを用いて露光を行なった。この時の電子線露光量は８μＣ／ｃｍ２であった。次に補助露光装置に搬送し補助露光を行なった。コンタクト層の最大の面積密度は０．２であったので、補助露光の電子線露光量は０．１μＣ／ｃｍ２とした。露光後ベーク現像処理はゲート工程と同様である。
【００４５】
以降の工程は上記パターン転写方法、あるいは従来のパターン転写方法を用いて行なえばよい。なおリソグラフィ工程以外の工程は従来通り行なえばよい。
以上は、ｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐの製作例である。また、上記は半導体装置の製造方法に関するものであったが、特にそれに制限されることはない。例えば液晶ディスプレイ等、エネルギー線を照射することによって感応基板上にパターン転写を行うものであれば同様な手法を用いることによって応用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパターン形成方法によれば主たるパターンを第１の電子ビームで露光し近接効果の補正のための補助露光を第２の電子ビームで行う場合、補助露光を一定のピッチｐで行い第１の電子ビームの後方散乱範囲をｂ１、第２の電子ビームの後方散乱範囲をｂ２とする時、ｐをｂ１よりも小さく選び、ｂ２がｐより小さくなるような加速電圧の第２の電子ビームを選ぶことで第２の電子ビームの露光による影響の範囲を必要最小限することができる。この結果、補助露光による露光コントラストの低減を最小にして近接効果の補正を行なうことができる。また低加速の補助露光用電子ビームを用いることで高いレジスト感度での補助露光が実施されるため補助露光のスループットを向上することができる。
【００４７】
また、補助露光量の決定において周辺パターンの後方散乱の影響を取り込んだ実効面積密度マップを使用することにより、さらに露光コントラストの低下を防止できる。実効面積密度マップの採用によって補助露光用の電子ビームを大きくデフォーカスする必要がなくなる。従来法では必要であった主露光パターンのない領域への補助露光を行う必要がなくなるため補助露光時間の短縮を図ることができる。
【００４８】
さらに、主露光パターンに大パターンがある場合には大パターンの中央部を低加速電子ビームで露光することで後方散乱によるエネルギーレベルを大幅に低下できるため従来電子ビーム転写方式では解像が不可能であった微細なスペースパターンも解像可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパターン形成方法を電子ビーム転写リソグラフィに適用した一実施例を示すもので、主露光パターンレチクルと補助露光パターンデータの形成方法と、ウエハ露光プロセスを示す図。
【図２】シミュレーションより求めた電子ビームの加速電圧と露光基板内での後方散乱範囲の関係を示す図。
【図３】本発明の面積密度を決定するための区分領域の設定及び面積密度の求め方を示す図。
【図４】本発明による区分領域毎の面積密度及び実効面積密度より補助露光量を決定するための方法を示す図。
【図５】本発明の面積密度マップより実効面積密度マップを計算するための係数を示す図。
【図６】本発明の第２の実施例を示す図で、大面積パターンがある場合に補助露光と大パターンの中央部を補助露光電子ビームにより露光するデータ処理方式を説明する図。
【図７】本発明の第２の実施例において代表的なパターンの実効面積密度分布と補助露光量分布を示す図。
【図８】本発明をシステムＬＳＩのゲート層に適用した第３の実施例において、主露光パターンのない領域への補助露光を削除する方式を説明する図。
【図９】本発明の第３の実施例において補助露光を削除する領域を決定する手順を説明する図。
【図１０】本発明を面積密度の位置的変化が大きなパターンに適用した第４の実施例を示すもので、補助露光用電子ビームのビームブラーと最適補助露光量の誤差の関係を示す図。
【図１１】本発明をセミカスタム方式で製造される半導体集積回路に適用した第５の実施例を示す図。
【図１２】第５の実施例において使用した面積密度マップと補助露光量マップを説明する図。
【符号の説明】
１０１…露光用ＬＳＩパターンデータ、
１０２…電子ビームのビームブラー、前方散乱による寸法誤差を補正する工程、
１０３…ＬＳＩデータを複数の相補パターンデータに分割する工程、
１０４…主露光パターンデータ、
１０５…主露光パターン用レチクル（相補パターンがある場合には２枚のレチクル）、
１０６…ＬＳＩデータを一定の区分領域に分割する工程、
１０７…区分領域内のパターン面積を計算し面積密度マップを作成する工程
１０８…面積密度マップより近隣パターンの後方散乱の影響を取り込んだ（平滑化処理）実効面積密度マップを計算する工程、
１０９…実効面積密度マップより補助露光マップを計算する工程、
１１０…補助露光装置内に設置した補助露光量マップ、
１１１…補助露光用電子ビーム露光装置、
１１２…露光前ウエハ、
１１３…主露光用電子ビーム露光装置、
１１４…電子ビーム転写用レチクル（相補分割された場合には２枚のレチクル）、
１１５…露光の完了したウエハ、
６０１…露光用ＬＳＩパターンデータ、
６０２…パターンデータを区分領域に分割する工程、
６０３…大パターンの中央部、
６０４…ＬＳＩパターンデータより大パターン中央部を削除した主露光用パターンデータ、
６０５…主露光用パターンデータの面積密度マップを作成する工程、
６０６…ビームブラー／前方散乱による寸法誤差を補正する工程、
６０７…ビームブラーの分布データ、
６０８…相補パターン分割した時の一方のデータ、
６０９…実効面積密度マップを作成する工程、
６１０…補助露光量マップ１を作成する工程、
６１１…大パターンの中央部データより面積密度マップを作成する工程、
６１２…補助露光量マップ２を作成する工程、
６１３…２つの補助露光量マップを合成する工程、
６１４…主露光用レチクル（相補分割された場合には２枚）を作成する工程、
６１５…電子ビーム転写（ＥＰＬ）工程、
６１６…補助露光工程、
７０１…ＬＳＩパターンデータ、
７０２…８０μｍ角の大パターン、
７０３…ライン／スペースパターン、
７０４…孤立ラインパターン、
７０５…ＬＳＩパターンデータ、
７０６…大パターンの輪郭部５μｍの領域
７０７…ライン／スペースパターン、
７０８…孤立ラインパターン、
８０１…システムＬＳＩのゲート層パターンデータ、
８０２…５μｍ角の区分領域に分割した時のＡＡ−ＢＢ位置での面積密度の分布
８０３…後方散乱の影響を取り込んだＢＢ−ＡＡ位置での実効面積密度の分布、
領域Ａ…ＣＰＵゲートパターンのある領域、
領域Ｂ…ＤＲＡＭゲートパターンのある領域、
領域Ｃ…パターンのない領域、
ＢＢ−ＡＡ…面積密度マップの１次元表示をする場所を示す始点、
９０１…１辺がｐの矩形で分割した区分領域、
９０２…主露光パターンのパターン境界、
９０３…主露光パターン境界を主露光パターンのない方向に距離ｐだけずらせた線、
１１ｎ…ｎ型半導体領域、
１１ｐ…ｐ型半導体領域、
１２Ａ…ゲート電極パターン、
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…配線パターン、
ＣＮＴ…コンタクトホールパターン、
１４Ａ…配線パターン、
ＮＷ…ｎ型ウエル領域、
ＰＷ…ｐ型ウエル領域。
【図１】
2005019426.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005019426.tif 000017
【図１０】
2005019426.tif 000018
【図１１】
2005019426.tif 000019
【図１２】
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